DE10242527A1

DE10242527A1 - Steering column support housing

Info

Publication number: DE10242527A1
Application number: DE10242527A
Authority: DE
Inventors: Nicholas James Gianaris; Atiya M Ahmad; Alan C Johnston
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2003-04-10
Also published as: US6692026B2; GB0215085D0; GB2379637B; GB2379637A; US20030047929A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksäulenstützgehäuse aus einem Polymerverbundmaterial mit einem Lenkrohr und einem Montageträger mit einem Befestigungsloch. Das Lenksäulenstützgehäuse und der Montageträger weisen eine Vielzahl an Fasern innerhalb eines Verbundmaterials auf. Die Art und die Länge der Vielzahl von Fasern, innerhalb des Verbundmaterials, die Ausrichtung jeder Schicht der Vielzahl von Fasern und die Zusammensetzung des Verbundmaterials sind dabei für mindestens eines von vielen Anforderungsmerkmalen des Lenksäulenstützgehäuses optimiert.The invention relates to a steering column support housing made of a polymer composite material with a steering tube and a mounting bracket with a mounting hole. The steering column support housing and the mounting bracket have a plurality of fibers within a composite material. The type and length of the plurality of fibers within the composite material, the orientation of each layer of the plurality of fibers and the composition of the composite material are optimized for at least one of many requirement features of the steering column support housing.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Lenksäulen und im Speziellen auf ein Lenksäulenstützgehäuse, hergestellt aus einem Polymerverbund. The present invention relates generally to steering columns and specifically to a steering column support housing made from a Polymer composite.

Lenksäulenstützen und -gehäuse, im folgenden Lenksäulenstützgehäuse, sind Bauteile, die genutzt werden, um darin verschiedene Teile unterzubringen und/oder zu stützen, die benötigt werden, ein Fahrzeug zu kontrollieren und zu steuern. Steering column supports and housings, hereinafter referred to as steering column support housings, are components that are used to make different parts in it accommodate and / or support that are required to control a vehicle and control.

Ein Lenksäulenstützgehäuse enthält gewöhnlich eine oder mehrere Lenksäulen, eine Lenkwelle, einen Neigungskopf, einen teleskopartigen Mechanismus, eine Schlüsselzündung, eine Sicherheitskreiseinheit, einen Kabelstrang und einen Säulenverschiebungsmechanismus. Die Primärfunktionen eines Lenksäulenstützgehäuse sind:

1. Stützen der Lenksäule in einem Fahrzeug;
2. Unterstützung der Neigung und/oder des teleskopartigen Ineinanderschiebens der Lenksäule; und
3. Dämpfung eines Aufpralls bei einem Unfall.

A steering column support housing usually contains one or more steering columns, a steering shaft, a tilt head, a telescopic mechanism, a key ignition, a safety circuit unit, a cable harness and a column displacement mechanism. The primary functions of a steering column support housing are:

1. Support the steering column in a vehicle;
2. Supporting the inclination and / or telescoping of the steering column; and
3. Damping an impact in an accident.

Lenksäulenstützgehäuse weisen darüber hinaus auch Platz für einen Kabelstrang auf, unterstützen einen Säulenverschiebungsmechanismus, unterstützen die Sicherheitskreiseinheit und unterstützen die Schlüsselzündung. Steering column support housings also have space for one Harness on, support a column shift mechanism, support the safety circuit unit and support key ignition.

Die zur Zeit erhältlichen Lenksäulenstützgehäuse verwenden gewöhnlich ein Formmetallgehäuse, das mit Klammern (Haltewinkeln) am Armaturenbrett und/oder an Querträgern bzw. Querbalken eines Fahrzeugs angebracht wird. Abhängig von der Art der Lenksäule (einsteckbar, schrägstellende, ineinanderschiebare) und ihrem Verhalten bei einem Unfall (Abbruch oder internes Zusammenstauchen), variiert die Befestigung des Lenksäulenstützgehäuses am Fahrzeug stark. Für optimale Leistung werden Gehäuse entworfen, welche auf der einen Seite die Forderungen an Gewicht, NVH (Geräusch, Erschütterung und Härte) erfüllen und auf der anderen Seite die Ziele im Energiemanagement bei einem Unfall erreichen, die an eine Lenksäule gestellt werden. The steering column support housings currently available usually use one Molded metal housing that with brackets (brackets) on the dashboard and / or attached to cross members or cross beams of a vehicle becomes. Depending on the type of steering column (insertable, inclined, collapsible) and their behavior in the event of an accident (termination or internal compression), the attachment of the Steering column support housing on the vehicle strong. Housing for optimal performance designed, on the one hand, the requirements for weight, NVH (noise, Vibration and hardness) and, on the other hand, meet the goals in the Achieve energy management in the event of an accident on a steering column be put.

Die aktuellen Trends im Design von Lenksäulenstützgehäusen ähneln denen anderer Bereiche des Fahrzeugdesigns. Leichtere, stärkere, leichter herzustellende Materialien wurden erfunden um das gegenwärtige Design von Lenksäulenstützgehäusen zu steigern und um Teileigenschaften zu verbessern. Daraus können stärkere, sicherere Fahrzeuge resultieren, die zudem noch Ziele der Brennstoffersparnis erreichen können. The current trends in the design of steering column support housings are similar to those other areas of vehicle design. Lighter, stronger, lighter Materials to be manufactured were invented around the current design of Steering column support housings and to increase part properties improve. This can result in stronger, safer vehicles, and more can still achieve fuel economy goals.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine steifere aber auch leichteres Lenksäulenstützgehäuse mit einem verbesserten Energiemanagement im Falle eines Unfalls und mit verbesserten NVH Eigenschaften (Geräusch, Vibration und Härte) zu schaffen. Es ist folglich auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verstärkte Faser zu schaffen, welche sich besonders als Material zur Schaffung eines Lenksäulenstützgehäuses eignet. Die Bauteile sollen dabei kostengünstig herstellbar sein. The object of the present invention is to provide a more rigid one also lighter steering column support housing with an improved Energy management in the event of an accident and with improved NVH properties (Noise, vibration and hardness). It is therefore also a task the present invention to provide a reinforced fiber which particularly suitable as a material for creating a steering column support housing. The components should be inexpensive to manufacture.

Erfindungsgemäß wird dies durch ein Lenksäulenstützgehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. According to the invention, this is achieved by a steering column support housing with the Features of claim 1 achieved.

Die vorliegende Erfindung liefert eine in sich selbst steifere und leichtere Struktur, welche gleichzeitig die NVH-Eigenschaften und das Energiemanagement bei einem Unfall verbessern. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz verschiedener Materialien erlaubt die vorliegende Erfindung Eigenschaften wie Neigung, die Fähigkeit, sich ineinander zu schieben und auch die Halterung in das Design des Fahrzeugs zu integrieren bzw. sich dem Design des Fahrzeugs anzupassen. Das erfindungsgemäße einstückige Bauteil, weist die erforderliche Neigung, die Fähigkeit sich ineinander zu schieben und auch die gewünschten Haltefunktion auf. The present invention provides a stiffer and lighter in itself Structure, which simultaneously the NVH properties and the Improve energy management in the event of an accident. Through the use according to the invention The present invention allows properties of various materials like inclination, the ability to slide into each other and also that Integrate bracket into the design of the vehicle or the design of the Adapt vehicle. The one-piece component according to the invention has the required inclination, the ability to slide into each other and also the desired hold function.

Das Lenksäulenstützgehäuse kann durch viele verschiedenartige Prozesse geformt werden. Diese beinhalten unter anderem das Pressen von Teilen (Pressteile), das Spritzen von Teilen (Spritzguß) sowie Hohlraumteile, ist aber nicht darauf begrenzt. The steering column support housing can go through many different processes be shaped. These include the pressing of parts (Pressed parts), the injection of parts (injection molding) and cavity parts, is not limited to that.

Andere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung, die angefügten Ansprüche und durch Hinweise auf die begleitenden Skizzen verdeutlicht. Other features and advantages of the present invention are characterized by the following detailed description, the appended claims and illustrated by references to the accompanying sketches.

Fig. 1 zeigt eine äußere Ansicht eines Polymerverbund- Lenksäulenstützgehäuses gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 shows an outer view of a polymer composite steering column support housing according to a preferred embodiment of the present invention;

Fig. 2 zeigt eine äußere Ansicht und teilweise eine Schnittansicht des Polymerverbund-Lenksäulenstützgehäuses gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 shows an external view and partly a sectional view of the polymer composite steering column support housing according to a preferred embodiment of the present invention;

Fig. 3 zeigt eine äußere Ansicht und teilweise eine Schnittansicht eines Polymerverbund-Lenksäulenstützgehäuses gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 shows an external view and partly a sectional view of a polymer composite steering column support housing according to another preferred embodiment of the present invention;

Fig. 4 zeigt beispielhaft ein Fasermuster verschiedener Teile des Lenksäulenstützgehäuses gemäß Fig. 2; FIG. 4 shows an example of a fiber pattern of different parts of the steering column support housing according to FIG. 2;

Fig. 5 stellt einen Ausschnitt eines Falgenbalgbereichs gemäß der Linie 5-5 in Fig. 4 dar; FIG. 5 shows a section of a bellows area according to line 5-5 in FIG. 4;

Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Befestigungslochs gemäß Fig. 2, die ein bevorzugtes Fasermuster zeigt; Fig. 6 shows an enlarged view of a mounting hole according to Fig. 2, showing a preferred fiber pattern;

Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 6, der entlang der in Fig. 6 eingezeichneten Linie 7-7 dargestellt wird; FIG. 7 shows a detail from FIG. 6, which is shown along the line 7-7 drawn in FIG. 6;

Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt eines vorstehenden Bereichs gemäß Linie 8-8 in Fig. 3; Fig. 8 shows a section of a protruding area along line 8-8 in Fig. 3;

Fig. 9A und 9B zeigen eine äußere Ansicht der Fig. 2 vor und nach einem Auffahrunfall; und FIG. 9A and 9B show an outer view of Figure 2 before and after a rear end collision. and

Fig. 10 zeigt einen Abschnitt einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung, in der ein Nicht-Verbundmaterial in den Falgenbalgbereich integriert ist. Fig. 10 shows a portion of another preferred embodiment of the present invention in which a non-composite material is integrated into the Falgenbalgbereich.

In den nachfolgenden Figuren werden jeweils die gleichen Bezugsziffern verwendet, um identische Bauteile in den verschiedenen Ansichten zu kennzeichnen. Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf ein Lenksystem veranschaulicht, besonders angepasst an den Bereich der Automobilindustrie. Die vorliegende Erfindung ist aber für viele andere Bereiche anwendbar, in denen Lenksysteme erforderlich sind. The same reference numbers are used in the following figures used to have identical components in different views mark. The present invention is related to a steering system illustrated, especially adapted to the area of the automotive industry. However, the present invention is applicable to many other areas in where steering systems are required.

In Fig. 1 ist ein Lenksäulenstützgehäuse 10 aus einem Verbundmaterial gezeigt. Das Gehäuse weist ein Lenkrohr 12 aus einem Verbundmaterial auf. Mindestens ein Montageträger 14, der ein Befestigungsloch 16 hat, wird benötigt, um das Lenksäulenstützgehäuse 10 am Armaturenbrett, der Motorraumwand, oder an verschiedenen anderen Teilen innerhalb des Fahrzeuges zu befestigen. Design, Position, Anzahl und Größe dieser Montageträger 14 variieren wegen ihrer Montageanforderungen und ihrer gewünschten Reaktion auf Unfälle des Fahrzeugs. In Fig. 1, a steering column support housing 10 is shown from a composite material. The housing has a steering tube 12 made of a composite material. At least one mounting bracket 14 having a mounting hole 16 is required to secure the steering column support housing 10 to the dashboard, engine compartment wall, or various other parts within the vehicle. The design, position, number, and size of these mounting brackets 14 vary because of their mounting requirements and their desired response to vehicle accidents.

Das Lenksäulenstützgehäuse 10 hat weiterhin ein offenes Lenkradseitenende 22 und ein Zwischenschaftende 24 einer ausgehöhlten Mittelregion 26, die verwendet wird, um einen Steuermechanismus 19 innerhalb des Lenkrohres 12 unterzubringen. Der Steuermechanismus 19 umfasst unter anderem (ohne darauf beschränkt zu sein) eine Lenkwelle 13, ein Lenkrad 15, und verschiedene elektrische Kabel und Leitungen (steer-by-wire) wie sie in diesem Bereich weithin bekannt sind. Der Steuermechanismus 19 wird innerhalb der Mittelregion 26 durch eine Mehrzahl von Lagern 28,30,32 gehalten. Der Steuermechanismus 19 hat auch eine Universalverbindung 34, die innerhalb einer Falgenbalgregion 20 angeordnet ist und mit der Lenkwelle 13 verbunden ist. Die Universalverbindung 34 und die Falgenbalgregion 20 erlauben es folglich, dass der Steuermechanismus gekippt und/oder ineinandergeschoben werden kann. The steering column support housing 10 also has an open steering wheel side end 22 and an intermediate shaft end 24 of a hollowed out central region 26 that is used to house a control mechanism 19 within the steering tube 12 . The control mechanism 19 includes (but is not limited to) a steering shaft 13 , a steering wheel 15 , and various steer-by-wire cables as are well known in this field. The control mechanism 19 is held within the central region 26 by a plurality of bearings 28 , 30 , 32 . The control mechanism 19 also has a universal connection 34 , which is arranged within a bellows assembly 20 and is connected to the steering shaft 13 . The universal connection 34 and the bellows assembly 20 consequently allow the control mechanism to be tilted and / or pushed into one another.

Das Lenkrohr 12 und die Montageträger 14 sind durch Stränge aus Fasern 70 gebildet, die innerhalb eines Verbundmaterials angeordnet sind. Die verwendeten Fasern 70 sind vorzugsweise fortlaufende oder kurze Carbon-, Glas- oder Aramidfasern. Es können jedoch auch andere, beispielsweise die in dieser Branche bekannten, Arten von Fasern 70 benutzt werden, die in dieser Branche kennt. So können z. B. auch Graphitfasern verwendet werden. Das verwendete Verbundmaterial, schließt formbare duroplastische oder thermoplastische Polymerkunstoffe, Metall, Keramik, oder sonstiges Material mit ein, welches eine gute Härte und Verarbeitbarkeit aufweist und Anforderungen in Bezug auf Wiederverwertbarkeit gerecht wird. Ein bevorzugtes Verbundmaterial ist ein recyclebarer thermoplastischer Epoxydharz. Das Ersetzen von Metall durch Polymerverbundstoffe mit einigen der oben genannten Verbundmaterialien verringert das Gewicht des Lenksäulenstützgehäuses 10 erheblich. Dies führt wiederum zu einer höheren Brennstoffersparnis zusätzlich zu anderen verbesserten Leistungsmerkmalen von Fahrzeugen. The steering tube 12 and the mounting bracket 14 are formed by strands of fibers 70 which are arranged within a composite material. The fibers 70 used are preferably continuous or short carbon, glass or aramid fibers. However, other types of fibers 70 that are known in the industry, such as those known in the art, may be used. So z. B. also graphite fibers can be used. The composite material used includes moldable thermosetting or thermoplastic polymer plastics, metal, ceramic, or other material which has good hardness and processability and meets requirements with regard to recyclability. A preferred composite material is a recyclable thermoplastic epoxy resin. Replacing metal with polymer composites with some of the above composite materials significantly reduces the weight of the steering column support housing 10 . This in turn leads to higher fuel savings in addition to other improved vehicle performance features.

Eine wichtige Überlegung betrifft die Art der Faser 70, die in das Verbundmaterial eingelagert ist. Ist beispielsweise die Steifheit die kritische Größe für bestimmte NVH-Eigenschaften oder die Verzurrbarkeit in bestimmten Richtungen, werden hochmodulare Materialien wie Carbon oder Graphit verwendet. Sind verbesserte Zugeigenschaften entscheidend, werden beispielsweise Carbon oder Glasfiberfasern bevorzugt. Ist als wesentlicher Wert die Härte kritisch, wird wiederum Aramidfasern alleine oder in Kombination mit anderen Fasern eingesetzt. Wichtig ist, dass man eine Kombination dieser Eigenschaften erzielen kann, wenn man die unterschiedlichen Arten von Fasern 70 im Verbundmaterial mischt. An important consideration concerns the type of fiber 70 that is embedded in the composite material. For example, if the stiffness is the critical variable for certain NVH properties or the lashing in certain directions, highly modular materials such as carbon or graphite are used. If improved tensile properties are decisive, carbon or glass fiber fibers are preferred. If hardness is a critical value, aramid fibers are used alone or in combination with other fibers. It is important that a combination of these properties can be achieved by mixing the different types of fibers 70 in the composite material.

Eine weitere wichtige Überlegung betrifft die Länge der Faser 70, die in den Schichten des Verbundmaterials genutzt werden. Für bestimmte NVH Frequenzen werden lange fortlaufende Fasern 70 bevorzugt. Es können jedoch auch kurze Fasern 70 bei anderen Frequenzkurven bevorzugt werden, wenn es einen Kompromiss zwischen Ladung, NVH oder Unfalleigenschaften gibt. Für eine verbesserte Stärkeeigenschaft, werden kurze oder lange Carbon- und Glasfasern 70 bevorzugt. Selbstverständlich kann auch hier, wie oben, eine Kombination aus kurzen und langen Fasern 70 eine optimale Leistung ergeben. Another important consideration relates to the length of fiber 70 used in the layers of the composite. Long continuous fibers 70 are preferred for certain NVH frequencies. However, short fibers 70 on other frequency curves may also be preferred if there is a compromise between charge, NVH, or accident characteristics. For an improved starch property, short or long carbon and glass fibers 70 are preferred. Of course, as above, a combination of short and long fibers 70 can give optimal performance.

Eine weitere wichtige Überlegung, welche das Lenksäulenstützgehäuse 10betrifft, ist die Anzahl der Schichten aus Faser 70 innerhalb des Verbundmaterials. Mit zunehmender Anzahl der Schichten verbessern sich im Allgemeinen auch die Leistungsmerkmale. Jedoch steigt damit die Menge des Verbundmaterials und entsprechend auch das Gewicht des Lenksäulenstützgehäuses 10 an, wodurch wiederum gleichzeitig die Herstellungskosten, Rohstoffkosten und der Kraftstoffverbrauch steigen. In einer bevorzugten Ausführungsvariante werden etwa sechs Schichten Fasern 70 im Verbundmaterial gestapelt und das Lenkrohr 12 geformt, um den Montageträger 14 und die Lenksäulenstützgehäuse 10 zu bilden. Another important consideration regarding the steering column support housing 10 is the number of layers of fiber 70 within the composite material. As the number of layers increases, the performance characteristics generally also improve. However, this increases the amount of composite material and accordingly the weight of the steering column support housing 10 , which in turn increases the manufacturing costs, raw material costs and fuel consumption at the same time. In a preferred embodiment, about six layers of fibers 70 are stacked in the composite material and the steering tube 12 is shaped to form the mounting bracket 14 and the steering column support housing 10 .

Abschließend ist die Ausrichtung der Fasern 70 innerhalb der verschiedenen Bereiche auf dem Lenkrohr 12 und den Montageträgern 14 ein weiterer wichtiger Aspekt. Stränge der Fasern 70 sind gewöhnlich innerhalb einer angrenzenden Schicht aus Fasern 70 nebeneinander liegend und senkrecht zueinander angeordnet oder nebeneinander liegend und parallel zueinander angeordnet. Durch Variieren der Ausrichtung von Fasersträngen und ihrer Lage innerhalb der verschiedenen Bereiche des Lenkrohres 12 können die Leistungsmerkmale der Lenksäule leicht verändert werden. Dies wird unten in den Fig. 4-7 beschrieben. Finally, the alignment of the fibers 70 within the various areas on the steering tube 12 and the mounting brackets 14 is another important aspect. Strands of fibers 70 are usually arranged adjacent to one another and perpendicular to one another within an adjacent layer of fibers 70 or arranged next to one another and parallel to one another. By varying the orientation of fiber strands and their position within the different areas of the steering tube 12 , the performance characteristics of the steering column can be easily changed. This is described below in Figures 4-7.

Vorzugsweise wird die Lenksäulenstütze und das -gehäuse 10 einstückig hergestellt, aber es wird auch erwogen das Lenkrohr 12 und die Montageträger 14 getrennt von einander zu produzieren. Im ersten Fall können das Lenkrohr 12 und die Montageträger 14 in einer großen Vielzahl verschiedener Prozessen gebildet werden, die gepresste Bauteile, gespritzte Bauteile und Hohlraumbauteile mit einschließen können aber nicht müssen. Gepresste Bauteile werden bevorzugt, wenn längere oder durchgehende oder aneinanderliegende bzw. ausgerichtete Fasern verwendet werden. Preferably, the steering column support and housing 10 are made in one piece, but it is also contemplated to produce the steering tube 12 and mounting brackets 14 separately. In the first case, the steering tube 12 and the mounting bracket 14 can be formed in a wide variety of different processes, which may or may not include pressed components, injection molded components and cavity components. Pressed components are preferred if longer or continuous fibers or fibers that are aligned or aligned are used.

Im letzteren Fall können die Montageträger 14 durch Spritzguss unter Verwendung kurzer Fasern geformt werden, während das Lenkrohr 12 in einem Pressformprozess gebildet wird, der den Gebrauch von längeren oder durchgängigen oder ausgerichteten Fasern beinhaltet. Das Lenkrohr 12 und der Montageträger 14 werden dann in einem weiteren Schritt chemisch oder mechanisch, z. B. mit Hilfe eines Klebers oder mit Klammern oder Riegeln aneinander befestigt. In the latter case, the mounting brackets 14 can be injection molded using short fibers while the steering tube 12 is formed in a press molding process that involves the use of longer or continuous or aligned fibers. The steering tube 12 and the mounting bracket 14 are then chemically or mechanically, for. B. attached to each other with the help of an adhesive or with clips or bars.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen zwei bevorzugte Möglichkeiten für ein aus Polymerverbund hergestelltes Lenksäulenstützgehäuse 10. Figs. 2 and 3 illustrate two preferred possibilities of a product manufactured from the polymer composite steering column support housing 10.

In Fig. 2 wird ein aus einem Polymerverbund hergestelltes Lenksäulenstützgehäuse 10 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform bildlich dargestellt. Das Lenksäulenstützgehäuse 10 weist im Allgemeinen ein hohles Lenkrohr 12 in der die Lenkwelle 13 und mindestens einen Montageträger 14, die ein Befestigungsloch 16 hat, welches genutzt wird um das Lenksäulenstützgehäuse 10 am Armaturenbrett 18 zu befestigen, auf. Eine ausführlichere Beschreibung des Befestigungslochs 16 erfolgt in der Beschreibung der Fig. 6 und 7. In FIG. 2, a member made of a polymer composite steering column support housing 10 is depicted in accordance with a preferred embodiment. The steering column support housing 10 generally has a hollow steering tube 12 in which the steering shaft 13 and at least one mounting bracket 14 , which has a mounting hole 16 , which is used to attach the steering column support housing 10 to the dashboard 18 . A more detailed description of the mounting hole 16 is given in the description of FIGS. 6 and 7.

In Fig. 3 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Lenksäulenstützgehäuses 10 dargestellt. Ein Hauptunterschied zwischen dieser Ausführungsvariante und der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante besteht darin, dass die Montageträger 14 so entworfen wurden, dass sie nicht am Armaturenbrett 18 (wie in Fig. 2 dargestellte), sondern an der Motorraumwand 54 durch das Befestigungsloch 16 befestigt werden. Eine ausführlichere Beschreibung des Befestigungslochs 16 erfolgt in der Erläuterung der Fig. 6 und 7. In Fig. 3, another preferred embodiment of the steering column support housing 10 is shown. A major difference between this embodiment and the embodiment shown in FIG. 2 is that the mounting brackets 14 are designed so that they are not attached to the dashboard 18 (as shown in FIG. 2) but to the engine compartment wall 54 through the mounting hole 16 , A more detailed description of the mounting hole 16 is given in the explanation of FIGS. 6 and 7.

In dieser Ausführungsvariante weist das Lenkrohr 12 einen hervorstehenden Bereich 58 auf, der innerhalb eines entsprechenden Einlasses 60 mit dem Armaturenbrett 18 verbunden ist. Der hervorstehende Bereich 58 dient der Stabilisation des Lenksäulenstützgehäuses 10 innerhalb des Armaturenbretts 18 während des normalen Betriebes, bei einem Unfall dagegen bricht sie an dieser Stelle weg. Eine Nahansicht der bevorzugten Faserausrichtung des hervorstehenden Bereichs 58 wird Fig. 8 näher erläutert. In this embodiment variant, the steering tube 12 has a protruding region 58 which is connected to the dashboard 18 within a corresponding inlet 60 . The protruding area 58 serves to stabilize the steering column support housing 10 within the dashboard 18 during normal operation, but in the event of an accident it breaks away at this point. A close-up view of the preferred fiber orientation of the protruding area 58 is illustrated in FIG. 8.

Fig. 4 zeigt ein Lenksäulenstützgehäuse 10 nach Fig. 2, bei dem die örtlichen Fasern 70 eine Vielzahl unterschiedlicher Ausrichtungen innerhalb des Verbundmaterials des Lenkrohres 12 und den Montageträgern 14 aufweisen, um verschiedene Leistungsmerkmale zu realisieren. Fig. 4 soll keine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern, sondern soll wesentliche Ergebnisse verdeutlichen, die sich ergeben, wen Leistungsaspekte und Eigenschaften eines aus einem Polymerverbund hergestellten Lenksäulenstützgehäuses 10 einbezogen werden, das unterschiedliche Ausrichtungen der Fasern 70 aufweist. FIG. 4 shows a steering column support housing 10 according to FIG. 2, in which the local fibers 70 have a large number of different orientations within the composite material of the steering tube 12 and the mounting supports 14 , in order to implement different performance features. FIG. 4 is not intended to explain a specific embodiment of the present invention, but is intended to clarify essential results which result from whom performance aspects and properties of a steering column support housing 10 which is made of a polymer composite and has different orientations of the fibers 70 are included .

Zum Beispiel, könnte hinsichtlich des Montageträgers 14, Zone 80, über und unter dem Befestigungsloch 16 gelegen, Fasern 70 aufweisen, die auf 0 und 90 Grad ausgerichtet sind (eine "0/90 Ausrichtung") innerhalb angrenzender Faser 70 Schichten, die bestimmt sind durch ihr Verhältnis zu einer Fläche 100, welche durch das Verbundmaterial des Lenkrohres 15 läuft, worin 0 Grad in einer Position deiniert wird, die dem Lenkrad 11 am nächsten ist und worin 180 Grad in einer Position definiert wird, die am weitesten vom Lenkrad 15 entfernt ist. Die Lagebestimmung der Faser 70 für nachfolgende Faser 70 Schichten mit einer 0/90 Ausrichtung könnte z. B. [0, 0, 90, 90, 0, 0]_n, [90, 90, 0, 0, 90, 90]_n oder [0, 90]_ns, wobei n die Zahl der Wiederholungen anzeigt und 0 oder 90 die Ausrichtung von einem Ende der Faser 70 anzeigt, welche in der nächsten Nähe zum Lenkrad 15 gelegen ist und wo s die Symmetrie anzeigt. Diese 0/90 Ausrichtung eignet sich für das Energiemanagement bei einem Unfall am besten. For example, with respect to mounting bracket 14 , zone 80 , located above and below mounting hole 16 , fibers 70 could be oriented at 0 and 90 degrees (a "0/90 orientation") within adjacent fiber 70 layers that are determined by their relationship to an area 100 that passes through the composite material of the steering tube 15 , wherein 0 degrees is deintermed in a position closest to the steering wheel 11 and wherein 180 degrees is defined in a position farthest from the steering wheel 15 is. The orientation of the fiber 70 for subsequent fiber 70 layers with a 0/90 orientation could e.g. B. [0, 0, 90, 90, 0, 0] _n , [90, 90, 0, 0, 90, 90] _n or [0, 90] _ns , where n indicates the number of repetitions and 0 or 90 indicates the orientation of one end of fiber 70 which is closest to steering wheel 15 and where s indicates symmetry. This 0/90 orientation is best suited for energy management in the event of an accident.

Durch die Drehung der Faser 70 Ausrichtung um 45 Grad zu einer +45/-45 Ausrichtung, wie man in sie Zone 84 sehen kann, werden die NVH Eigenschaften hinsichtlich einer erhöhten axiale Steifheit optimiert. Ähnlich einer 0/90 Ausrichtung, beinhalten 45/-45 Ausrichtungen [45, 45, -45, -45, 45, 45]_n, [-45, -45, 45, 45, -45, -45]_n oder [45, -45]_ns, wo n die Zahl der Wiederholungen und s die Symmetrie anzeigt. By rotating the fiber 70 orientation 45 degrees to a + 45 / -45 orientation as seen in zone 84 , the NVH properties are optimized for increased axial stiffness. Similar to a 0/90 alignment, 45 / -45 alignments include [45, 45, -45, -45, 45, 45] _n , [-45, -45, 45, 45, -45, -45] _n or [ 45, -45] _ns , where n indicates the number of repetitions and s the symmetry.

Hinsichtlich des Lenkrohres 12 werden die Fasern 70 der Zone 86, die neben dem Montageträger 14 angeordnet sind, für optimierte Ladewege aufgrund der erhöhten axialen Steifheit an einer 0/90 Ausrichtung orientiert und verbessern folglich ebenfalls die NVH Eigenschaften. In der Zone 88, unterhalb der Zone 86 gelegen, werden die Fasern 70, die eine 0/90 Ausrichtung haben, für eine NVH Optimierung und erhöhte Unfallenergie eingesetzt, während Fasern 70 die um 45 Grad in eine 45/-45 Ausrichtung gedreht wurden, wie in Zone 90, die Dreh-Starrheit optimieren. With regard to the steering tube 12 , the fibers 70 of the zone 86 , which are arranged next to the mounting bracket 14 , are oriented for optimized loading routes due to the increased axial rigidity at a 0/90 orientation and consequently likewise improve the NVH properties. In zone 88 , below zone 86 , fibers 70 that have a 0/90 orientation are used for NVH optimization and increased accident energy, while fibers 70 that have been rotated 45 degrees in a 45 / -45 orientation are used as in Zone 90 , optimize torsional rigidity.

Soweit anschließende Fasern 70 unterschiedliche Faserarten, Längen und/oder Ausrichtungen der auf die beschriebenen Faserschichten 70 von Fig. 4 aufgebrachten Fasern aufweisen, können die Leistungsmerkmale, die oben für das Lenksäulenstützgehäuse 10 beschrieben wurden, unendlich verändert werden, um eine gewünschte Kombination von Attributen zu erzielen. Selbstverständlich können zur Schaffung einer optimierten Lenksäule die Faserausrichtungen für das Lenksäulenstützgehäuse 10 nach Fig. 2 ähnlich der hier dargestellten Methode optimiert werden. To the extent that subsequent fibers 70 have different types of fibers, lengths and / or orientations of the fibers applied to the described fiber layers 70 of FIG. 4, the performance features described above for the steering column support housing 10 can be changed infinitely in order to give a desired combination of attributes achieve. Of course, in order to create an optimized steering column, the fiber orientations for the steering column support housing 10 according to FIG. 2 can be optimized similar to the method shown here.

In Fig. 5 ist ein Ausschnitt des Falgenbalgbereichs 20 und ein Teil des Lenkrohres 12 der Fig. 1-4 bildlich dargestellt. Das Lenkrohr 12 und der Falgenbalgbereich 20 bestehen aus verschiedenen Faserlagen verschiedener Faserausrichtungen, die, wie oben besprochen, nach Leistungsanforderungen der Lenksäulenstützgehäuses 10 ausgewählt wurden. Das Lenkrohr 12 hat mindestens eine zusätzliche Faserschicht 72, die auf die Fasern 70 "gestapelt" wird. Diese zusätzlichen Faserschicht 72 Schichten stärken das Lenkrohr 12, und ermöglicht dem Falgenbalgbereich 20 ein leichteres ineinander schieben oder kippen. In FIG. 5, a section of the Falgenbalgbereichs 20 and a portion of the steering tube 12 is shown in FIG. 1-4 figuratively. The steering tube 12 and the bellows area 20 consist of different fiber layers of different fiber orientations, which, as discussed above, were selected according to the performance requirements of the steering column support housing 10 . The steering tube 12 has at least one additional fiber layer 72 which is "stacked" on the fibers 70 . This additional fiber layer 72 layers strengthen the steering tube 12 and enables the bellows area 20 to be pushed or tilted into one another more easily.

In den Fig. 6 und 7 wird eine Nah- und Seitenansicht von einer möglichen Ausführungsvariante des Befestigungslochs 16 gemäß der Fig. 1-4 bildlich dargestellt. Wie man in Fig. 6 am deutlichsten sehen kann, ist das Fasermuster der Fasern 70 rund um das Befestigungsloch möglichst dicht, um die gewünschte Steifheit und günstige NVH-Eigenschaften zu ermöglichen. Zusätzlich können die Faserschichten nahe des Befestigungslochs 16 mit Füllmaterial nachgeformt werden (nicht dargestellt). Alternativ dazu kann auch eine aus Polymerverbundstoff hergestellte Unterlegscheibe 74 in der inneren Peripherie des Befestigungslochs 16 eingesetzt werden, um zusätzliche dämpfende Eigenschaften im Bereich des Befestigungslochs 16 zu erzielen. Vorzugsweise wird die Polymer-Unterlegscheibe 74 von einem dehnbaren Polymermaterial eingefasst. In Figs. 6 and 7, a local and side view of a possible variant embodiment of the attachment hole 16 shown in FIGS. 1-4 depicted. As can be seen most clearly in FIG. 6, the fiber pattern of the fibers 70 around the fastening hole is as dense as possible in order to enable the desired rigidity and favorable NVH properties. In addition, the fiber layers near the mounting hole 16 can be post-formed with filler material (not shown). Alternatively, a washer 74 made of a polymer composite can also be used in the inner periphery of the mounting hole 16 in order to achieve additional damping properties in the area of the mounting hole 16 . Preferably, the polymer washer 74 is encased in a stretchable polymer material.

In Fig. 8 wird eine Nahansicht der Faserausrichtung der Faserschichten im hervorstehenden Bereich 58 aus Fig. 3 bildlich dargestellt. Die Faser 70 ist in der oberen Faserschicht 76 des Lenkrohres 12 einige Male geschlungen um den hervorstehenden Bereich 58 zu bilden, der zur Stabilisation und Montage des Lenksäulenstützgehäuses 10 am Armaturenbrett 18 benötigt wird. Mit der Anzahl der Schlingen von Faser 70 innerhalb des hervorstehenden Bereichs 58 erhöht sich gleichzeitig die Stärke des hervorstehenden Bereichs 58 zur Verhinderung des Abbrechen vom Armaturenbrett 18 während eines Unfalls. Es werden 2-10 Schlingen der Faser 70 innerhalb des hervorstehenden Bereichs 58 empfohlen. FIG. 8 shows a close-up view of the fiber orientation of the fiber layers in the protruding region 58 from FIG. 3. The fiber 70 is looped a few times in the upper fiber layer 76 of the steering tube 12 in order to form the protruding region 58 , which is required for the stabilization and assembly of the steering column support housing 10 on the dashboard 18 . As the number of loops of fiber 70 within the protruding area 58 increases, the strength of the protruding area 58 increases to prevent dashboard 18 from breaking off during an accident. 2-10 loops of fiber 70 within the protruding area 58 are recommended.

Eine weitere wichtige Eigenschaft des aus Polymerverbund hergestellten Lenksäulenstützgehäuses 10 der vorliegenden Erfindung betrifft das Energiemanagement bei einem Unfall. Die Fig. 9A und 9B zeigen ein Lenksäulenstützgehäuse 10 nach Fig. 1 sowohl vor als auch sofort nach einem Unfall. Nach Darstellung des Lenksäulenstützgehäuses 10 in Fig. 1, würde man ähnliche Ergebnisse im Energiemanagement bei einem Unfall für eine Säule gemäß Fig. 2 erwarten, allerdings mit einem zusätzlichen Aspekt durch das Abbrechen des hervorstehenden Bereichs 58 als sozusagen zusätzliche Stufe in einem mehrstufigen Energiemanagement. Another important property of the steering column support housing 10 made of polymer composite of the present invention relates to energy management in the event of an accident. FIGS. 9A and 9B show a steering column support housing 10 of FIG. 1, both before and immediately after an accident. According to the representation of the steering column support housing 10 in FIG. 1, one would expect similar results in energy management in the event of an accident for a column according to FIG. 2, but with an additional aspect by breaking off the protruding area 58 as an additional stage in a multi-stage energy management, so to speak.

In Fig. 9A und 9B wird eine Nahansicht der Lenksäulenstützgehäuse 10 von Fig. 1 vor und nach einem Unfall gezeigt. Nach dem Unfall brechen zuerst die Faserschichten innerhalb des Montageträgers 14 nach vorne und verformen sich um die Befestigungslöcher 16 derart, dass die Aufprallenergie verteilt und abgebaut wird. Die Befestigungslöcher 16, die auch die Befestigungsmittel aufweisen (nicht dargestellt), bleiben an ihrer Stelle und dienen tatsächlich als "Bruchinitiator". Ebenfalls nicht angezeigt ist, dass sich der Falgenbalgbereich 20 dadurch, dass er das typische Falgenbalgdesign aufweist, notfalls sich selbst oder weiter vorne liegende Teile des Lenkrohres 12 zusammenpressen kann. Hierdurch kommt es zu einem weiteren Abbau der Aufprallenergie. Abschließend, abhängig von der Höhe der Aufprallenergie, können noch die Montageteile innerhalb der Befestigungslöcher 16 abbrechen um die Aufprallenergie weiter abzubauen. Tatsächlich weist somit das Polymerverbund hergestellte Lenksäulenstützgehäuse 10 gemäß Fig. 1 einen mehrstufigen Mechanismus zum Abbau der Aufprallenergie auf. In FIGS. 9A and 9B is a close up view of the steering column support housing 10 of Fig. 1 before and after an accident. After the accident, the fiber layers first break forward within the mounting bracket 14 and deform around the mounting holes 16 such that the impact energy is distributed and dissipated. The attachment holes 16 , which also have the attachment means (not shown), remain in place and actually serve as a "break initiator". It is also not indicated that the bellows area 20 , because it has the typical bellows design, can, if necessary, compress itself or parts of the steering tube 12 located further forward. This leads to a further reduction in the impact energy. Finally, depending on the level of the impact energy, the assembly parts within the mounting holes 16 can break off in order to further reduce the impact energy. In fact, the steering column support housing 10 produced according to FIG. 1, which is made of polymer composite, thus has a multi-stage mechanism for reducing the impact energy.

Dennoch wird in einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie in Fig. 10 dargestellt, ein Einsatz 99 innerhalb des Falgenbalgbereichs 20 mit dem aus Polymerverbund hergestellten Lenksäulenstützgehäuse 10 verbunden. Dieser Einsatz 99 wird vorzugsweise aus Stahl oder einem anderen hochfesten geeigneten Material gebildet, das zusätzliche die Steifheit des Falgenbalgbereichs 20 erhöht wird und zusätzlich verhindert, dass sich die Welle in kritischen Situationen wölbt bzw. verbiegt. Nevertheless, in another preferred embodiment of the invention, as shown in FIG. 10, an insert 99 within the bellows area 20 is connected to the steering column support housing 10 made of polymer composite. This insert 99 is preferably formed from steel or another high-strength suitable material, which additionally increases the rigidity of the bellows area 20 and additionally prevents the shaft from bulging or bending in critical situations.

Obwohl die Erfindung in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen ausdrücklich beschrieben worden ist, soll sie selbstverständlich so verstanden werden, dass sie nicht nur auf diese Beispiele reduziert ist, sondern auch Verbesserungen beinhaltet, die darüber hinaus von Fachleuten auf Basis der Erfindung, insbesondere im Licht fortschreitender Entwicklungen, erreicht werden. Although the invention is in various preferred embodiments has been expressly described, it should of course be so be understood that it is not limited to these examples, but rather also includes improvements that are also made by professionals Basis of the invention, especially in the light of progressive developments, can be achieved.

Claims

1. Steering column support housing ( 10 ) made of a polymer composite material

a) a steering tube ( 12 )

b) a mounting bracket ( 14 ) with a mounting hole ( 16 ), wherein

1. the steering column support housing ( 10 ) and mounting bracket ( 14 ) have a plurality of fibers ( 70 ) within a composite material, and

2. The type and length of the plurality of fibers ( 70 ), the orientation of each layer of the plurality of fibers ( 70 ) within the composite material and the composition of the composite material are optimized for at least one of many requirement features of the steering column support housing ( 10 ).

2. steering column support housing ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the optimized requirements for the steering column support housing ( 10 ) from the group NVH properties (noise, vibration and hardness), structural rigidity, direction of loading, optimization of energy management in an accident, mass balance optimization and costs are selected.

3. steering column support housing ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the steering tube ( 12 ) through the mounting hole ( 16 ) is connected to a dashboard.

4. steering column support housing ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the steering tube ( 12 ) through the fastening hole ( 16 ) is connected to an engine compartment wall.

5. steering column support housing ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the steering tube ( 12 ) and the mounting bracket ( 14 ) are made in one piece.

6. steering column support housing ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the fibers ( 70 ) are selected from a group consisting of a plurality of continuous fiber types and a plurality of short fiber types.

7. steering column support housing ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the fibers ( 70 ) are selected from a group consisting of a plurality of carbon fiber types, a plurality of graphite fiber types, a plurality of glass fiber types and a plurality of aramid fiber types.

Steering column support housing ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the composition of said composite material is selected from a group consisting of moldable thermosetting (thermosetting) composites and moldable thermoplastic composites, the moldable thermosetting composite and the moldable thermoplastic composite have high strength and good workability.

9. steering column support housing ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the orientation of adjacent layers of fibers ( 70 ) is selected from the group consisting of a 0/90 fiber orientation and a + 45 / -45 fiber orientation, relative to an area which extends along the surface of the steering tube ( 12 ).

10. steering column support housing ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the orientation of the fibers ( 70 ) around at least one fastening hole ( 16 ) around a circular fiber pattern.